Zapach, który pojawia się, gdy pierwsze krople uderzą w suchą ziemię, ma nazwę: petrichor. W 1964 roku dwoje australijskich badaczy z CSIRO opisało oleistą substancję, którą wilgoć wypłukuje z glin i skał, a pół wieku później inżynierowie z MIT sfilmowali mechanizm, który może wyrzucać ją w powietrze. Po drodze okazało się, że w tej woni siedzi kilka różnych historii, nie każdy zapach towarzyszący burzy jest jednak petrichorem.
Zapach, który nazwano dopiero w 1964 roku
Zjawisko znano znacznie dłużej niż jego nazwę. Starsze podręczniki mineralogii odnotowywały, że wiele suchych glin i gleb wydziela charakterystyczny zapach, gdy się je zwilży albo choćby oddycha się na nie.[1] Isabel Joy Bear i Richard Thomas pracowali wówczas w melbourneńskiej filii CSIRO i postanowili sprawdzić, skąd ta woń pochodzi. Przepuścili parę wodną przez skały, które przez tygodnie leżały na wolnym powietrzu, w cieple i suszy. Otrzymali żółtawy olej, uwięziony w porach materiału i uwalniany przez wodę. Najlepiej wychodził z glin, iłów i innych materiałów bogatych w krzemionkę lub krzemiany.[1]
Nazwa pochodzi z greki: petra to skała, a ichor to płyn, który w mitologii płynął w żyłach bogów zamiast krwi. „Krew kamienia” brzmi górnolotnie, ale oddaje sedno odkrycia: zapach nie unosił się z samego powietrza, był związany z podłożem. W Indiach niewielki przemysł perfumeryjny przechwytywał tę woń w olejku sandałowym i sprzedawał jako matti ka attar, ziemskie perfumy, na długo przed tym, zanim ktokolwiek opisał ją w czasopiśmie naukowym.[1]
Olej z roślin, nie zapach wody
Skąd bierze się ten olej? Z roślin. W długich okresach suszy wiele z nich wydziela na powierzchnię związki tłuszczowe, które osiadają na pyle, glinie i skale. Leżą tam tygodniami, powoli się utleniają i zmieniają, a kiedy nadchodzi wilgoć, woda wypiera je z porów. W powietrzu okazuje się, że to mieszanina kwasów tłuszczowych, alkoholi i węglowodorów.[2]
Geosmina: ziemia pachnie bakteriami
Drugi składnik nie ma nic wspólnego z roślinami. W 1965 roku Nancy Gerber i Hubert Lechevalier wyizolowali z hodowli Streptomyces griseus związek o intensywnym zapachu mokrej ziemi i nazwali go geosminą.[3] Nazwa pochodzi od greckich słów gē (ziemia) i osmē (zapach).[4] Ten lotny związek powstaje u różnych mikroorganizmów. Wytwarza ją większość bakterii z rodzaju Streptomyces, a także sinice, myksobakterie i niektóre grzyby.[3]
Streptomyces to bakterie, konkretnie promieniowce z grupy Actinobacteria. Końcówka -myces znaczy po grecku „grzyb”, więc nazwa myli, a geosminę potrafią wytwarzać także prawdziwe grzyby.[4] To te bakterie nadają ziemi zapach, który czuć przy przekopywaniu grządki. Ludzki węch wykrywa geosminę już przy bardzo małych stężeniach.[4] Jej intensywność nie oznacza więc, że substancji musi być dużo.[3]
Po co bakteriom taka woń? Nie ma jednego wyjaśnienia wszystkich jej ról. Ten sam przegląd podsumowuje kilka tropów: geosmina odstrasza nicienia Caenorhabditis elegans, który żywi się bakteriami, a skoczogonki, drobne stawonogi z gleby, ciągnie do Streptomyces właśnie za jej sprawą.[4] Oba wyniki pochodzą z doświadczeń laboratoryjnych, więc mówią, że tak może być, a nie że tak zawsze wygląda to w lesie.
Kropla, która strzela bąbelkami
Zostaje fizyka: jak zapach trafia do nosa? W 2015 roku Young Soo Joung i Cullen Buie z MIT nagrali kroplę wody spadającą na glebę z prędkością odpowiednią dla lekkiego deszczu. Kropla rozpłaszcza się, a pod nią zostaje uwięziony cienki film powietrza. Powietrze z porów dopływa do niego i tworzy bąbelki o średnicy dziesiątek mikrometrów. Bąbelek rośnie, wypływa na powierzchnię kropli i pęka, wyrzucając cienki strumień wody. Cały proces jest tak szybki i drobny, że do jego zobaczenia potrzebne były nagrania w zwolnionym tempie.[5]
To nie drobiazg: mikrokropelki aerozolu unoszą to, co było w glebie. Autorzy sprawdzili to barwnikiem fluorescencyjnym, który wcześniej wniknął w pory, a potem pojawił się na szkle zawieszonym nad próbką.[5] Mechanizm wymaga jednak konkretnych warunków. Gleba musi być sucha, zwilżalna i wystarczająco zwarta, żeby nie rozpaść się pod uderzeniem. W badanych próbkach piasek wchłaniał wodę zbyt szybko, by ten mechanizm sprawnie zadziałał. Przy dużej prędkości uderzenia kropla częściej rozpryskiwała się na boki zamiast tworzyć pękające bąbelki. W doświadczeniach aerozol pojawiał się przy deszczu lekkim i umiarkowanym, na glebach o właściwościach zbliżonych do gliny i gliny piaszczystej.[5]
Najbardziej wymowny był test z powtarzaniem. Gdy krople spadały w to samo miejsce co 10 sekund, przy drugim uderzeniu aerozolu już nie było. Gdy przerwa wynosiła 5 minut, wracał za każdym razem. Rozstrzygało to, czy pory zdążą wyschnąć.[5]
Bakterie w powietrzu, ale nie w każdej kropli
Dwa lata później ta sama grupa sprawdziła, czy podobny aerozol może przenosić żywe bakterie. Do próbek gleby wprowadzono hodowane drobnoustroje, a po uderzeniach kropli wykryto je w powietrzu. Część zachowała żywotność. [6] To doświadczenie pokazuje możliwość takiego transportu w określonych warunkach. Nie znaczy, że każda kropla nad każdą glebą wyrzuca bakterie ani że sam zapach informuje nas o ich obecności.
Ozon pachnie inaczej i pojawia się wcześniej
Burzy może towarzyszyć również inna woń, ostra i gryząca, kojarzona z ozonem. Ten gaz może powstawać w reakcjach zachodzących przy wyładowaniach elektrycznych. To jednak osobne zjawisko i nie wyjaśnia samo z siebie ziemistego zapachu po zwykłym deszczu. [2]
Ozon i petrichor to dwa różne zjawiska i łatwo je pomylić. Ozon nie pochodzi z gleby: powstaje w powietrzu, między innymi przy wyładowaniach, a jego zapach bywa też skutkiem ubocznym pracy urządzeń elektrycznych.[2] Woń ziemi może natomiast pojawić się przed deszczem bez żadnego ozonu: wystarczy rosnąca wilgotność, żeby woda weszła w pory i wypchnęła olej z gliny.[1] Czasem z kolei czujemy deszcz, który pada kilka kilometrów dalej i wiatr przyniósł jego zapach. Wszystkie te sytuacje mieszczą się w jednym zdaniu „czuć deszcz”, choć za każdą stoi inny proces.
Dlaczego jeden deszcz pachnie inaczej niż drugi
Składniki są podobne, ale proporcje zmieniają się za każdym razem. Inna gleba to inna mieszanina minerałów i inna porowatość, inna roślinność daje inne olejki, inna temperatura zmienia tempo parowania. W mieście dochodzi jeszcze to, co osiadło na betonie i asfalcie. Zmienia się też siła opadu: przy mocniejszym uderzeniu kropli może słabnąć opisany mechanizm pękania bąbelków. Nie oznacza to, że ulewa nie może wytwarzać żadnego aerozolu.[5] Dlatego po długiej suszy zapach bywa mocniejszy niż po kilku dniach opadów.[1] Przy burzy mogą dojść również inne zapachy, w tym woń związana z ozonem.[2]
Źródła
- CSIRO, „The smell of rain: how our scientists invented a new word”, 31 marca 2015. https://www.csiro.au/en/news/all/articles/2015/march/the-smell-of-rain-how-our-scientists-invented-a-new-word
- Daisy Yuhas, „Storm Scents: It’s True, You Can Smell Oncoming Summer Rain”, Scientific American, 18 lipca 2012. https://www.scientificamerican.com/article/storm-scents-smell-rain/
- J. Jiang, X. He i D. E. Cane, „Biosynthesis of the earthy odorant geosmin by a bifunctional Streptomyces coelicolor enzyme”, Nature Chemical Biology 3(11), 2007, s. 711–715, PMC3013058. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC3013058
- P. Garbeva, M. Avalos, D. Ulanova, G. P. van Wezel i J. S. Dickschat, „Volatile sensation: The chemical ecology of the earthy odorant geosmin”, Environmental Microbiology 25(9), 2023, s. 1565–1574 (abstrakt i fragmenty wstępu). https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36999338/
- Young Soo Joung i Cullen R. Buie, „Aerosol generation by raindrop impact on soil”, Nature Communications 6:6083, 14 stycznia 2015. https://www.nature.com/articles/ncomms7083
- Young Soo Joung, Zhifei Ge i Cullen R. Buie, „Bioaerosol generation by raindrops on soil”, Nature Communications 8:14668, 7 marca 2017. https://www.nature.com/articles/ncomms14668
- Tom Koerner / U.S. Fish and Wildlife Service, „Rain in the sage steppe at Seedskadee National Wildlife Refuge Wyoming”, 19 czerwca 2022, Wikimedia Commons, domena publiczna (kadr 16:9). https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Rain_in_the_sage_steppe_at_Seedskadee_National_Wildlife_Refuge_Wyoming_(52159750597).jpg
.jpg){kind=link}